(57)【要約】【課題】省スペースで十分な冷却をすることが可能な共鳴コイルの冷却装置を提供する。【解決手段】共鳴コイルの冷却装置は、円筒形のボビン３３０と、ボビン３３０の外周に設けられる共鳴型の非接触用の二次自己共振コイル１１０と、二次自己共振コイル１１０に送風するようにボビン３３０内に設けられる送風部３８０とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状のボビンと、
前記ボビンの外周に設けられる共鳴型非接触用のコイルと、
前記ボビン内に設けられて前記コイルに送風する送風部とを備えた、共鳴コイルの冷却装置。
【請求項２】
前記ボビンの周囲に通風孔が設けられている、請求項１に記載の共鳴コイルの冷却装置。
【請求項３】
前記コイルの温度を検出する検出部と、前記検出部によって検出された結果に基づいて前記送風部を制御する制御部とを備えた、請求項１または２に記載の共鳴コイルの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共鳴コイルの冷却装置に関し、より特定的には、車両に電力を供給する共鳴コイルの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、共鳴コイルの冷却装置は、たとえば国際公開第２００７／８６４６号パンフレット（特許文献１）および特開２０００−１１５９１５号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／８６４６号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−１１５９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、コイルで発生する熱を限られたスペースで冷却する必要があるが、このような要請に対応できないという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、小さなスペースでコイルを十分に冷却することが可能な共鳴コイルの冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った共鳴コイルの冷却装置は、円筒形状のボビンと、ボビンの外周に設けられる共鳴型非接触用のコイルと、ボビン内に設けられてコイルに送風する送風部とを備える。
【０００７】
このように構成された共鳴コイルの冷却装置では、送風部はボビン内に設けられるため、冷却装置を小型化することができる。
【０００８】
好ましくは、ボビンの周囲に通風孔が設けられる。
好ましくは、共鳴コイルの冷却装置は、コイルの温度を検出する検出部と、検出部により検出された結果に基づいて送風部を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、小さなスペースでコイルを十分に冷却することが可能な共鳴コイルの冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置が用いられる給電システムの全体構成図である。
【図２】共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
【図３】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図４】コイルを冷却するための共鳴コイル冷却装置の側面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図５中の矢印ＶＩで示す方向から見た共鳴コイル冷却装置の平面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置の制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に従った共鳴コイルの冷却装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置が用いられる給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この給電システムは、電動車両１００と、給電装置２００とを備える。電動車両１００は、二次自己共振コイル１１０と二次コイル１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０とを含む。また、電動車両１００は、パワーコントロールユニット（以下ＰＣＵ（Power Control Unit）とも称する）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０と、通信装置１９０とをさらに含む。
【００１３】
二次自己共振コイル１１０は、車両下部に配設されるが、給電装置２００が車両上方に配設されていれば、車両上部に配設されていてもよい。二次自己共振コイル１１０は、両岸がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０と、電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル１１０の容量成分は、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。
【００１４】
二次自己共振コイル１１０は、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００１５】
二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。整流器１３０は、二次コイル１２０によって取出された交流電力を整流する。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置２００から受電する場合には（その場合には、給電装置２００はたとえば車両上方または側方に配設されてもよい。）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に直接蓄電装置１５０に与えられるようにしても良い。
【００１７】
蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００１８】
ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。
【００１９】
車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称する。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する
。通信装置１９０は、車両外部の給電装置２００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。
【００２０】
一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、一次コイル２３０と、一次自己共振コイル２４０と、通信装置２５０と、ＥＣＵ２６０とを含む。
【００２１】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜１０数ＭＨｚである。
【００２２】
一次コイル２３０は、一次自己共振コイル２４０と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２４０へ給電する。
【００２３】
一次自己共振コイル２４０は、地面近傍に配設されるが、車両上方から電動車両１００へ給電する場合には車両上方または側方に配設されてもよい。一次自己共振コイル２４０も、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより電動車両１００へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル２４０の容量成分も、コイルの浮遊容量とするが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。
【００２４】
この一次自己共振コイル２４０も、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００２５】
通信装置２５０は、給電先の電動車両１００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。ＥＣＵ２６０は、電動車両１００の受電電力が目標値となるように高周波電力ドライバ２２０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２６０は、電動車両１００の受電電力およびその目標値を通信装置２５０によって電動車両１００から取得し、電動車両１００の受電電力が目標値に一致するように高周波電力ドライバ２２０の出力を制御する。また、ＥＣＵ２６０は、給電装置２００のインピーダンス値を電動車両１００へ送信することができる。
【００２６】
図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００２７】
具体的には、交流電源２１０に一次コイル２３０を接続し、電磁誘導により一次コイル２３０と磁気的に結合される一次自己共振コイル２４０へ１Ｍ〜１０ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル２４０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル２４０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル１１０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル２４０から二次自己共振コイル１１０へ電磁場を介してエネルギ（電力）が移動する。二次自己共振コイル１１０へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル１１０と磁気的に結合される二次コイル１２０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００２８】
なお、図１中の整流器１３０以降が負荷３６０として総括的に示されている。
図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の二乗に反比例した成分であり、「誘導電界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の三乗に反比例した成分であり、「静電界」と称される。
【００２９】
「静電界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギ（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する１対の共鳴器（たとえば１対のＡＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギ（電力）を伝送する。この「静電界」は遠方にエネルギを伝搬しないので、遠方までエネルギを伝搬する「輻射電界」によりエネルギ（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法はより少ないエネルギ損失で送電することができる。
【００３０】
図４は、コイルを冷却するための共鳴コイル冷却装置の側面図である。図４を参照して、共鳴コイル冷却装置５００は、二次自己共振コイル１１０と、二次自己共振コイル１１０を支持するボビン３３０と、ボビン３３０の中に設けられた送風部３８０とを有する。送風部３８０は、ファン３８１を有しており、送風部３８０は矢印３８２で示す方向に回転する。これにより、隣接するファン３８１間の空気が遠心力により外周へ押出される。この押出された空気はボビン３３０の外周に設けられた空気排出孔を経由して二次自己共振コイル１１０側へ送られる。なお、二次自己共振コイル１１０は一次自己共振コイル２４０に置換えられてもよい。
【００３１】
図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５を参照して、ボビン３３０のスラスト端面には、空気取入れ口３３２が設けられる。空気取入れ口３３２からは矢印３３３で示す方向に空気が取入れられる。取入れられた空気は、回転する送風部３８０および送風部３８０のファン３８１によって外周側へ送られる。外周側へ送られた空気は、ボビン３３０に設けられた空気排出孔３３１から外周方向へ送られる。外周方向へ送られた空気が二次自己共振コイル１１０周囲を通ることで二次自己共振コイル１１０を冷却することが可能となる。二次自己共振コイル１１０の温度は検出部８００によって検出される。これにより、検出部８００が検出した温度に応じて冷却の度合が決定される。検出部８００は制御部９００に接続されており、検出部８００で検出された二次自己共振コイル１１０の温度に関する情報が制御部９００へ与えられる。制御部９００は、送風部３８０を駆動するためのモータ３１０に接続されており、モータ３１０と送風部３８０とは、シャフト３２０によって接続されている。
【００３２】
図６は、図５中の矢印ＶＩで示す方向から見た共鳴コイル冷却装置の平面図である。図６を参照して、ボビン３３０の外周面に複数本に亘って設けられた二次自己共振コイル１１０の間に空気排出孔３３１が設けられている。空気排出孔３３１は、図６では楕円形状であるが、この楕円形状に限られず、円形状であってもよい。また、四角形、三角形等の矩形状であってもよい。さらに、図６では等しいピッチで複数個の空気排出孔３３１が配置されているが、空気排出孔３３１が千鳥状に配置されていてもよい。次に、このように構成された共鳴コイルの冷却装置の制御方法について説明する。
【００３３】
図７は、この発明の実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置の制御を説明するためのフローチャートである。まず、図１で示す装置において充電が開始される（ステップＳ９０１）。
【００３４】
次に、検出部８００によって検出される、二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値１以上であるかどうかを制御部９００が判断する（ステップＳ９０２）。しきい値１はたとえば４０℃とする。二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値１未満であれば（ステップＳ９０２における「ＮＯ」）またステップＳ９０２へ戻る。二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値１以上であれば（ステップＳ９０２において「ＹＥＳ」）、ステップＳ９０３に進む。
【００３５】
ステップＳ９０３では、充電の残り時間がしきい値以上であるかどうかを判断する。充電の残り時間がしきい値以上である場合（ステップＳ９０３において「ＹＥＳ」）、充電の残り時間が長いために十分に二次自己共振コイル１１０を冷却する必要があるため、ステップＳ９０４において送風部３８０を駆動する（ステップＳ９０４）。そして、またステップＳ９０２に戻る。
【００３６】
ステップＳ９０３において、残り時間がしきい値未満であれば、すなわち残り時間が短い場合にはステップＳ９０３の「ＮＯ」へ進む。そして、検出部８００により検出された二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値２以上であるかを制御部９００が判断する（ステップＳ９０５）。ステップＳ９０５において二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値２以上であれば（ステップＳ９０５において「ＹＥＳ」）、ステップＳ９０４へ移る。なお、しきい値２は、ボビン３３０を構成する材料の溶融温度とすることができる。
【００３７】
ステップＳ９０５において、二次自己共振コイル１１０の温度がしきい値２未満であれば（ステップＳ９０５において「ＮＯ」）、ステップＳ９０２へ戻る。このように制御することによって、検出部８００で検出された温度に応じて制御部９００が適切に温度制御を行なうことができる。
【００３８】
すなわち、この発明に従った共鳴コイル冷却装置５００は、円筒形状のボビン３３０と、ボビン３３０の外周に設けられる、共鳴型非接触用の二次自己共振コイル１１０と、ボビン３３０内に設けられて二次自己共振コイル１１０に送風する送風部３８０とを有する。ボビン３３０の外周には通風孔としての空気排出孔３３１が設けられている。また二次自己共振コイル１１０の温度を検出する検出部８００と、検出部８００の検出結果に基づいて送風部３８０を制御する制御部９００とを備える。
【００３９】
このように構成された、実施の形態に従った共鳴コイル冷却装置５００では、ボビン３３０の内周側に送風部３８０が設けられるため、少ないスペースで冷却が可能な構造を実現することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２に従った共鳴コイルの冷却装置を示す図である。図８を参照して、この発明の実施の形態２に従った共鳴コイル冷却装置５００では、二次自己共振コイル１１０を冷却した冷却風により、システム内のコンデンサ６００を冷却する点で、実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置と異なる。このように構成された、共鳴コイル冷却装置５００でも、実施の形態１に従った共鳴コイルの冷却装置と同様の効果がある。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１００  電動車両、１１０  二次自己共振コイル、１２０  二次コイル、１３０  整流器、１４０  コンバータ、１５０  蓄電装置、１７０，３１０  モータ、１９０，２５０  通信装置、２００  給電装置、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０  一次コイル、２４０  一次自己共振コイル、３２０  シャフト、３３０  ボビン、３３１  空気排出孔、３３２  空気取入れ口、３６０  負荷、３８０  送風部、３８１  ファン、５００  共鳴コイル冷却装置、６００  コンデンサ、８００  検出部、９００  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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